流体力学第二版课后习题答案

第一章习题答案选择题（单选题）11按连续介质的概念，流体质点是指（D）（A）流体的分子；（B）流体内的固体颗粒；（C）几何的点；（D）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。12作用于流体的质量力包括（C）（A）压力；（B）摩擦阻力；（C）重力；（D）表面张力。13单位质量力的国际单位是（D）（A）N；（B）PA；（C）KGN/；（D）2/SM。14与牛顿内摩擦定律直接有关的因素是（B）（A）剪应力和压强；（B）剪应力和剪应变率；（C）剪应力和剪应变；（D）剪应力和流速。15水的动力黏度随温度的升高（B）（A）增大；（B）减小；（C）不变；（D）不定。16流体运动黏度的国际单位是（A）（A）2/SM；（B）2/MN；（C）MKG/；（D）2/MSN。17无黏性流体的特征是（C）（A）黏度是常数；（B）不可压缩；（C）无黏性；（D）符合RTP。18当水的压强增加1个大气压时，水的密度增大约为（A）（A）1/20000；（B）1/10000；（C）1/4000；（D）1/2000。19水的密度为10003KG/M，2L水的质量和重量是多少解100000022MV（KG）2980719614GMG（N）答2L水的质量是2KG，重量是19614N。110体积为053M的油料，重量为4410N，试求该油料的密度是多少解4410980789935805MGGVV（KG/M3）答该油料的密度是899358KG/M3。111某液体的动力黏度为0005PAS，其密度为8503/KGM，试求其运动黏度。解60005588210850（M2/S）答其运动黏度为6588210M2/S。112有一底面积为60CM40CM的平板，质量为5KG，沿一与水平面成20角的斜面下滑，平面与斜面之间的油层厚度为06MM，若下滑速度084/MS，求油的动力黏度。UGGTFS06MM20解平板受力如图。GTNUS沿S轴投影，有SIN200GTSIN20UTAG32SIN2059807SIN20061050100604084GUA（KGMS）答油的动力黏度25010KGMS。113为了进行绝缘处理，将导线从充满绝缘涂料的模具中间拉过。已知导线直径为08MM；涂料的黏度002PAS，模具的直径为09MM，长度为20MM，导线的牵拉速度为50/MS，试求所需牵拉力。20MMUU005MM解5010000022009082U（KN/M2）330810201020101TDL（N）答所需牵拉力为101N。114一圆锥体绕其中心轴作等角速度旋转16/RADS，锥体与固定壁面间的距离1MM，用01PAS的润滑油充满间隙，锥底半径R03M，高H05M。求作用于圆锥体的阻力矩。HR解选择坐标如图，在Z处半径为R的微元力矩为DM。ZXYO32222COSRRDZRHRDMDARDZRH其中RZRH2233302HHRRMZDZHH3222RHR32230116030503211039568（NM）答作用于圆锥体的阻力矩为39568NM。115活塞加压，缸体内液体的压强为01MPA时，体积为10003CM，压强为10MPA时，体积为9953CM，试求液体的体积弹性模量。解610011099P（MPA）66995100010510V（M3）6966991019810510100010PKVV（PA）答液体的体积弹性模量919810KPA。116图示为压力表校正器，器内充满压缩系数为K4751010NM/2的液压油，由手轮丝杠推进活塞加压，已知活塞直径为1CM，丝杠螺距为2MM，加压前油的体积为200ML，为使油压达到20MPA，手轮要摇多少转D解VVKP10666475102001020101910VKVP（M3）设手轮摇动圈数为N，则有24NDLV622234191041210110210VNDL圈即要摇动12圈以上。答手轮要摇12转以上。117图示为一水暖系统，为了防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，在系统顶部设一膨胀水箱。若系统内水的总体积为83M，加温前后温差为50，在其温度范围内水的膨胀系数V000051/。求膨胀水箱的最小容积。散热器锅炉解VVVT0000518500204VVVT（M3）答膨胀水箱的最小容积0204M3。118钢贮罐内装满10的水，密封加热到75，在加热增压的温度和压强范围内，水的热膨胀系数V41104/，体积弹性模量K21092/MN，罐体坚固，假设容积不变，试估算加热后罐壁承受的压强。解VVVT自由膨胀下有VVTV又PKVV4941102107510533VVPKKTV（MPA）加热后，钢罐内的压强为0533PPPMPA。设00P（表压强）。答加热后罐壁承受的压强是533MPA。119汽车上路时，轮胎内空气的温度为20，绝对压强为395KPA，行驶后轮胎内空气的的温度上升到50，试求这时的压强。解设满足理想气体方程，则有1223952732027350VPVPVRT假设12VV，可解得23233954354293PP（KPA）答这时的压强为4354KPA。第二章习题答案选择题（单选题）21静止流体中存在（A）（A）压应力；（B）压应力和拉应力；（C）压应力和剪应力；（D）压应力、拉应力和剪应力。22相对压强的起算基准是（C）（A）绝对真空；（B）1个标准大气压；（C）当地大气压；（D）液面压强。23金属压力表的读值是（B）（A）绝对压强；（B）相对压强；（C）绝对压强加当地大气压；（D）相对压强加当地大气压。24某点的真空度为65000PA，当地大气压为01MPA,该点的绝对压强为（D）（A）65000PA；（B）55000PA；（C）35000PA；（D）165000PA。25绝对压强ABSP与相对压强P、真空度VP、当地大气压AP之间的关系是（C）（A）ABSPPVP；（B）PABSPAP；（C）VPAPABSP；（D）PVPVP。26在密闭容器上装有U形水银测压计，其中1、2、3点位于同一水平面上，其压强关系为（C）321水汞（A）1P2P3P；（B）1P2P3P；（C）1P0）的流线。解XYDXDYUU0BDXADYBXAYC或BYXCA为线性方程答流线方程为BXAYC。311已知平面流动的速度场为XU22YXCY，YU22YXCX，其中C为常数。试求流线方程并画出若干条流线。解XYDXDYUU0CXDXCYDY222XYC为圆心在0,0的圆族。答流线方程为222XYC，为圆心在0,0的圆族。312已知平面流动的速度场为UJTXYITXY9664。求T1时的流线方程，并画出1X4区间穿过X轴的4条流线图形。解4669DXDYYXTYXT当1T秒时，6946YXDXYXY3232230YXDXYXY320DXDY32XYC过1,0的流线为323XY过2,0的流线为326XY过3,0的流线为329XY过4,0的流线为3212XY答T1时的流线方程为32XYC。313不可压缩流体，下面的运动能否出现（是否满足连续性条件）（1）XU222YX；YU223YYXX（2）XUYXT2；YUYTXT2（3）XUXZY22；YUYZXYZ22；ZU432221YXZX解（1）4220YXUUXXYXY不能出现。（2）0YXUUTTXY能出现。（3）22220YXZUUUZZXZXZXYZ不能出现。314已知不可压缩流体平面流动，在Y方向的速度分量为YU2Y2X2Y。试求速度在X方向的分量XU。解0YXUUXY22XUYX2222XUYXCYXXYCY答速度在X方向的分量22XUXXYCY。315在送风道的壁上有一面积为042M的风口，试求风口出流的平均速度V。4M3/S25M3/S孔口30V解123QQQ其中14QM3/S，225QM3/S342515Q（M3/S）31SIN30042QAVV157502V（M/S）答风口出流的平均速度75VM/S。316求两平行平板间，流体的单宽流量，已知速度分布为U12MAXBYU。式中Y0为中心线，YB为平板所在位置，MAXU为常数。解单宽流量为10BBQUDY2MAX021BYUDYBMAX123UBBMAX43BU答两平行平板间，流体的单宽流量为MAX43BU。317下列两个流动，哪个有旋哪个无旋哪个有角变形哪个无角变形（1）XUAY，YUAX；ZU0（2）XU22YXCY，YU22YXCX，ZU0式中A、C是常数。解（1）1122YXTUUAAAXY有旋。11022YXYXXYUUAAXY无角变形。（2）12YXTUUXY2222222222222212CXYCXCXYCYXYXY22222222212CXYCXYXY0无旋（不包括奇点0,0）。2222222222211022YXYXXYCYXCYXUUXYXYXY存在角变形运动。318已知有旋流动的速度场XU2Y3Z，YU2Z3X，ZU2X3Y。试求旋转角速度和角变形速度。解11132222YZXUUYZ11132222XZYUUZX11132222YXZUUXY22232XYZ1522YXYXXYUUXY1522XZZXXZUUXZ1522YZZYYZUUYZ答旋转角速度12XYZ，角变形速度52YXZXYZ。第四章习题答案选择题（单选题）41等直径水管，AA为过流断面，BB为水平面，1、2、3、4为面上各点，各点的流动参数有以下关系（C）AABB1324（A）1P2P；（B）3P4P；（C）1Z1PG2Z2PG；（D）3Z3PG4Z4PG。42伯努利方程中ZPG22VG表示（A）（A）单位重量流体具有的机械能；（B）单位质量流体具有的机械能；（C）单位体积流体具有的机械能；（D）通过过流断面流体的总机械能。43水平放置的渐扩管，如忽略水头损失，断面形心点的压强，有以下关系（C）11P122P2（A）1P2P；（B）1P2P；（C）1P2P；（D）不定。44黏性流体总水头线沿程的变化是（A）（A）沿程下降；（B）沿程上升；（C）保持水平；（D）前三种情况都有可能。45黏性流体测压管水头线的沿程变化是（D）（A）沿程下降；（B）沿程上升；（C）保持水平；（D）前三种情况都有可能。46平面流动具有流函数的条件是（D）无黏性流体；（B）无旋流动；（C）具有速度势；（D）满足连续性。47一变直径的管段AB，直径AD02M，BD04M，高差H15M，今测得AP302/MKN，BP402/MKN，B处断面平均流速BV15SM/。试判断水在管中的流动方向。ABH解以过A的水平面为基准面，则A、B点单位重量断面平均总机械能为4232301010150404892100098072980702AAAAAPVHZGG（M）232401010151556921000980729807BBBBBPVHZGG（M）水流从B点向A点流动。答水流从B点向A点流动。48利用皮托管原理，测量水管中的点速度V。如读值H60MM，求该点流速。水H汞U解322298071266010385HGGHPU（M/S）答该点流速385UM/S。49水管直径50MM，末端阀门关闭时，压力表读值为212/MKN。阀门打开后读值降至552/MKN，如不计水头损失，求通过的流量。解（1）水箱水位32110021410009807PHZG（M）（2）阀门开启后，从水箱液面到仪表处列伯努利方程，可得22PVHGG3551022980721455710009807PVGHG（M/S）200555700114QVA（M3/S）答通过的流量0011QM3/S。410水在变直径竖管中流动，已知粗管直径1D300MM，流速1V6SM/。为使两断面的压力表读值相同，试求细管直径（水头损失不计）。D2D13M解以过下压力表处的水平面为基准面，列伯努利方程如下22111222121222WPVPVZZHGGGG120WH，13ZM，20Z取12，当12PP时，有2222112298073694842VGZV2974V（M/S）由连续性方程2211VAVA121263002355974VDDV（MM）答细管直径为2355MM。411为了测量石油管道的流量，安装文丘里流量计，管道直径1D200MM，流量计喉管直径2D100MM，石油密度8503/MKG，流量计流量系数095。现测得水银压差计读书PH150MM，问此时管中流量Q是多少。D1D2HP解1HGPQKH油其中095；2214412022298074400359021101DGKDD015PH（M）11HGHGPPQKHKH水油水油100009500359136101585000511575（M3/S）512（L/S）答此时管中流量Q512L/S。412水箱中的水从一扩散短管流到大气中，直径1D100MM，该处绝对压强1P05大气压，直径2D150MM，试求水头H，水头损失忽略不计。HD1D2解（1）以出水管轴线为基准面，列管径1D与2D处的伯努利方程，可得2211122222PVPVGGGG取1210，20P，10510132550663PKPA221122PVV432221250663101101325DVD12241013254994015101V（M/S）（2）从液面到短管出口列能量（伯努利）方程。2224994127229807VHG（M）答水头H127M。413离心式通风机用集流器A从大气中吸入空气，直径D200MM处接一根细玻璃管，已知管中的水上升H150MM，求进气流量（空气的密度1293/MKG）。HAD解以集流器轴线的水平面为基准面，从距进口一定距离的水平处列到测管处的伯努利方程，可得22AHPPVGGG不计损失，取102AHPPV其中0AP，则HPHG水21000201598074776129HGV水（M/S）2477602154QVA（M3/S）答进气流量15QM3/S。414一吹风装置，进排风口都直通大气，风扇前、后断面直径1D2D1M，排风口直径3D05M，已知排风口风速3V40SM/，空气的密度1293/MKG，不计压强损失，试求风扇前、后断面的压强1P和2P。D1D2D3解以过轴线的水平面为基准面，以2D及3D截面列伯努利方程2233322222PVPVGGGG其中30P，340V（M/S），2310，232322DVVD442222332322129051401967522210VDPVVD（PA）从大气到1D断面，列伯努利方程2111002APPVGGG其中110，0AP（相对压强），2312322DVVVD4221112905406452210PV（PA）答风扇前、后断面的压强1645PPA，2P9675PA。415两端开口的等直径U形管，管内液柱长度为L，使液面离开平衡位置而造成液柱振荡，水头损失忽略不计，求液柱的振荡方程ZTF。220011ZZ解取00断面为基准面，由非恒定流的伯努利方程221122120122LPUPUUZZDLGGGGGT1ZZ，2ZZ，120PP，12UU012LULUZDLGTGT2UGZTL,UZTUTDZUTDT222DZGZDTL令COSZCT，则2GL0022COSSIN2GGZZTZTLL答液柱的振荡方程0022COSSIN2GGZZTZTLL。416水力采煤用水枪在高压下喷射强力水柱冲击煤层，喷嘴出口直径D30MM，出口水流速度V54SM/，求水流对煤层的冲击力。解取控制体如图，受力如图。VPAV2V1PAF2QVVF2222003100054206144DFQVV（KN）水流对煤层的作用力与F构成作用力与反作用力，大小为2061KN，方向向右。答水流对煤层的冲击力2061FKN，方向向右。417水由喷嘴射出，已知流量Q04SM/3，主管直径D04SM/，喷口直径D01M，水头损失不计，求水流作用在喷嘴上的力。DD解（1）取过轴线的水平面为基准面，列螺栓断面与出口断面的伯努利方程2211122022PVVGGG4222211212122VDPVVD221000509331812918542（KPA）12104431804QVA（M/S）222044509301QVA（M/S）（2）取控制体如图所示，列动量方程。P1V1FP2V22111QVVPAF1121FPAQVV204129185410450933181432394（KN）答水流作用在喷嘴上的力为143239KN。418闸下出流，平板闸门宽B2M，闸前水深1H4M，闸后水深2H05M，出流量Q8SM/3，不计摩擦阻力，试求水流对闸门的作用力，并与按静水压强分布规律计算的结果相比较。H1H2解（1）由连续方程1122QHBVHBV118124QVHB（M/S）2288205QVHB（M/S）（2）由动量方程，取控制体如图。P1V1P2V2F211122QVVPAPAF12122122HHFGHBGHBQVV22122122HHGBQVV224051000980721000881229846（KN）2211405100098073521201422FGB静（KN）答水流对闸门的作用力9846FKN，按静水压强分布规律计算的结果12014F静KN。419矩形断面的平底渠道，其宽度B为27M，渠底在某断面处抬高05M，该断面上游的水深为2M，下游水面降低015M，如忽略边壁和渠底阻力，试求（1）渠道的流量；（2）水流对底坎的冲力。20M05M015M解（1）以上游渠底为基准面，列上、下游过水断面的能力方程221112221222PVPVZZGGGG其中120APPP，120ZM，220015185ZM111QQVABH，222QQVABH120HM，22001505135HM2222112222221112VVQZZGBHBH11221212222222212122111GZZGZZQBHHHBHBH122298070152713513512847（M3/S）111847157272QQVABH（M/S）22284723227135QQVABH（M/S）（2）取控制体如图，列动量方程P2V2FP1V1211122QVVPAPAF112221FPAPAQVV22122122HHGBGBQVV2212212HHGBQVV2221351000980727100084723215722248（KN）答（1）渠道的流量847QM3/S；（2）水流对底坎的冲力2248FKN。420下列不可压缩流体、平面流动的速度场分别为（1）XUY；YUX（2）XUXY；YUXY（3）XU22XYX；YU2XYY试判断是否满足流函数和流速势的存在条件，并求、。解（1）0YXUUXY，满足连续方程，流速数存在。又1111122YXZUUXY，有旋，故不存在。XUYY，YUXXDDXDYXDXYDYXY流速数2212XYC（2）1120YXUUXY，流动不存在。（3）21210YXUUXXXY，故流速数存在。又1122022YXZUUYYXY，有旋，故存在势函数。流函数与势函数满足222XYUXYXXYUXYYYX解得32211,32XYXXYXCY22DCXYXYYYDY2012CYYC22320132XYXXYC又可解得2313XYYXYCX22YDCUXYYXYYXDX0DCDX，1CC23113XYYXYC421已知平面流动的速度为直线分布，若0Y4M，0U80/MS，试求（1）流函数；（2）流动是否为有势流动。YXU0Y0O解已知XUCY，当0